教学课件 光纤通信系统
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第1章 光纤通信系统优秀课件
§1.2 基本通信系统
▪ 被导引线路比大气信道成本更高 ▪ 但被导引信道有许多优点
图1.2 部分导体传输线
§1.2 基本通信系统
图1.3 一般的光纤通信系统
§1.2 基本通信系统--1.2.1信源
§信源有多种物理形式，最常见的是将非电信
号转化成电信号的变换器 u如麦克风、摄像头
§无论是在电通信还是光通信中，信息在传输
出来
§光纤通信系统最常用的检测器：半导体光电
二极管 u通过检测器转换得到的电流与输入光波的 功率成比例 u检测得到的电流是驱动光源的电流的再现
§1.2 基本通信系统--1.2.6检测器
图1.10 模拟系统中不同参考点处的信号
§1.2 基本通信系统--1.2.7信号处理器
§模拟传输：信号处理器包括放大和滤波
之前都必定是电形态。
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器
§调制器的功能
u将电信号转换成适合传输的形态 u将这种信号加载到由载波源产生的载波上
§调制格式
u模拟、数字
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器
图1.4 模拟调制
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器 §数据速率
ubps—比特每秒
光对准到光检测器 u光的辐射方向与光纤的接收锥角相同。 一般的光检测器有大的表面积及大的接 收角，能实现有效耦合
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
图1.9 由光纤到光检测器的高效率耦 合。检测器可以接收到由光纤辐射出 的绝大部分光波
§1.2 基本通信系统--1.2.6检测器
§解调：从信道接收到的信息从其载波上分离
§1.1 历史回顾
§1960年激光器的发明，是实现大容量光通
光纤通信系统培训课件
抖动的单位是UI(Unit Interval)
1UI的时间相差非常大，一般用抖动占UI的 相对值来表示。
由于抖动难以完全消除，为保证整个系统正 常工作，根据ITU-T建议和我国国标，抖动 的性能参数主要有：
①输入抖动容限；
②输出抖动；
③抖动转移特性。
7.4光纤损耗和色散对系统的限制
1 光纤通信系统受到光纤损耗的限制，因此 ，我们要在满足系统的性能指标前提下， 最大限度地延长中继距离。 中继距离的估算一般采用ITU-T G.956所建 议的极限值设计法。
( 3 ) STM-64 系 统 在 选 用 SLM 激 光 器 ， 且 选 用 1550nm工作波长区，不加光放大器也不加色散 补偿的情况下，最大无再生距离至多为37km。 超过37km必须加色散补偿措施。
(4) STM-256系统无补偿措施不能用于局间通信， 而且简单的补偿办法也是行不通的，因为仅频率 啁啾引起的波形展宽就可能使脉冲展宽一倍，表 7-4-1估算结果的误差可能大到已经失去了参考 价值。STM-256系统需要光源的外调制、光放大 和色散补偿多重技术同时采用。可见STM-256系 统目前的传输成本不支持其实用化。
(2) 监控信号的传输
在光纤通信监控系统中，监控信号是怎样在主控 站和被控站之间传输呢?目前有两类方式：
一类是在光缆中加金属导线对来传输监控信号， 已经逐渐被淘汰；
另一类是由光纤来传输监控信号。
光纤来传输监控信号又可分为如下两种方式
a 频分复用传输方式。
采用频分方式可有不同的方法，其中一种方法是脉 冲调顶方法。
4
插入比特码是将信码流中每m比特划为一组，然后 在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出， 根 据 插 入 码 的 类 型 分 为 ： mB1P码 ， mB1C码 ， mB1H码。
光纤通信系统PPT课件
套塑光纤结构
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
光纤通信基础知识ppt课件
应用场景
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光纤通信原理全套讲解课件
如果今后采用非石英光纤，并工作在 超长波长(＞2μm)，光纤的理论损耗系数可 以下降到10-3～10-5dB/km，此时光纤通信 的中继距离可达数千，甚至数万公里。
3. 抗电磁干扰能力强
我们知道，电话线和电缆一般是不能 跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁 化路附近铺设。
4. 保密性能好
对通信系统的重要要求之一是保密性好。 然而，随着科学技术的发展，电通信方式 很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近 (甚至几公里以外)设置一个特别的接收装 置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。 更不用去说无线通信方式。
2.1 光纤的结构与类型 2.2 光纤的射线理论分析 2.3 均匀光纤的波动理论分析 2.4 光 缆
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1 光纤的结构
光纤(Optical Fiber，OF)就是用来导 光的透明介质纤维，一根实用化的光纤是 由多层透明介质构成的，一般可以分为三 部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的 包层和外面的涂覆层，如图2.1所示。
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
反射定律：反射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，反射光线和入射光 线处于法线的两侧，并且反射角等于入射
角，即：θ1′＝θ1。
折射定律 ：折射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，折射光线和入射光 线位于法线的两侧，且满足：
光纤通信技术-第七章-光纤通信系统PPT课件
T参考点
图7.2 假设参考数字连接组成图
(2) 假设参考数字链路（HRDL）
为了简化数字传输系统的研究，保证全程 通信质量，把假设参考数字连接（HRX）中的 两个相邻交换点的数字配线架间所有的传输系 统，复、分设备等各种传输单元，用假设参考 数字链路（HRDL）表示。
数字光纤通信系统通常将来自电端机上的 数字信号调制到光载波上经光纤传送到对端， 再解调为数字信号。数字信号经电端机解复用 后变为基带数字信号，然后送到用户端。通常 数字电端机包括数模转换电路，编解码电路， 复用和去复用电路，相关保护电路等。
不管是数字系统，还是模拟系统，输入到 光发射机带有信息的电信号，都通过调制转换 为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端， 再由光接收机把光信号转换为电信号。电接收 机的功能和电发射机的功能相反，它把接收的 电信号转换为基带信号，最后由信息宿恢复用 户信息。
7.1.1 光纤通信系统的组成
如图7.1所示，为光纤通信系统组成模型。 可见光纤通信系统由光发送部分、光纤和光接 收部分三部分组成。
图7.1光纤通信系统示意图
在光发射部分，信息源把用户信息转 换为原始电信号，这种信号称为基带信号。 电发射机再把基带信号转换为适合信道传 输的信号，这个转换如果需要调制，则其 输出信号称为已调信号。
3. 根据光纤通信系统所处位置分为接入网系统， 城域网系统，骨干网系统等；
4. 按光纤通信系统所采用的技术不同进行分类 等。
5. 通常我们是按照光纤通信系统中所传送的信 号是数字的还是模拟的，可将光纤通信系统 分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。 下面我们就以这种分类方法来分别介绍模拟 光纤通信系统和数字光纤通信系统的概念和 相关技术。
能传输监控、公务和区间信号; 能实现比特序列独立性，即不论传输的信息
光纤通信_第7章 光纤通信系统PPT课件
FOH FOH FOH FOH
123 … N 1 … N 1 … N 1 … 时隙
一帧
图7.11 数字信号的时分复用
PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）是指准同 步数字体系。根据国际电报电话咨询委员会CCITT （现改为国际电联标准化组织ITU-T）G.702建议， PDH的基群速率有两种， 即PCM30/32路系统和PCM24 路系统。 我国和欧洲各国采用PCM30/32路系统， 其 中每一帧的帧长是125μs，共有32个时隙（TS0～ TS31），其中30个为话路（TS1～TS15和TS17～ TS31），时隙TS0被用作帧同步信号的传输，而时隙 TS16用作信令及复帧同步信号的传输。
每个时隙包含8 bit， 所以每帧有8×32=256 bit， 码速 率为256 bit×（1/125 μs）=2.048 Mb/s。 日本和北美使 用的PCM24路系统， 基群速率为1.544 Mb/s。 几个基 群信号（一次群）又可以复用到二次群， 几个二次群 又可复用到三次群……。 表7.1是PDH各次群的标准比 特率。
模拟信号
输出信号
6
6
抽 样4
4
滤波
2
2
0
0
量化 3
67
5 12
6 3
7
5
1
2
解码
编码
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
图7.10 PCM编码和解码过程
PCM编码包括抽样、 量化、 编码三个步骤， 如 图7.10左半部分所示。 把连续的模拟信号以一定的抽 样频率f或时间间隔T抽出瞬时的幅度值， 再把这些幅 度值分成有限的等级， 四舍五入进行量化。 如图中把 幅度值分为8种， 所以每个范围内的幅度值对应一个量 化值， 这8个值可以用3位二进制数表示， 比如0对应 000， 1对应001， 2对应010， 3对应011， 4对应100， 5对应101， 6对应110， 7对应111。
《光纤通信》课件
总结词
海底光缆通信系统是光纤通信的重要应用之 一，它实现了跨洋、跨国之间的高速、大系统利用光纤作为传输介质， 通过海底光缆将各个国家和地区连接起来， 实现了高速、大容量的信息传输。这种系统 广泛应用于国际通信、广播电视、金融交易 等领域，对于全球信息交流和经济发展具有 重要意义。
光纤通信系统组成
光发信机
将电信号转换为光信号，通过光纤传输。
光纤
传输光信号的介质，具有低损耗、高带宽等 特点。
光收信机
将光信号转换为电信号，实现信息的接收和 解调。
中继器
用于延长传输距离和提高信号质量，包括光 放大器、光检测器等组件。
02
光纤基础知识
光的本质与传播
光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子 特性。在光纤通信中，利用光的 波动特性进行信息传输。
《光纤通信》课件
目录 Contents
• 光纤通信概述 • 光纤基础知识 • 光纤通信技术 • 光纤通信应用 • 光纤通信发展趋势与挑战 • 案例分析
01
光纤通信概述
光纤通信定义
01
光纤通信是一种利用光波在光纤 中传输信息的通信方式。它通过 光信号的调制和传输，实现信息 的传递和交换。
02
光纤通信具有传输容量大、传输 距离远、传输损耗低、抗电磁干 扰等优点，是现代通信网络的重 要组成部分。
光纤通信发展历程
1960年代
激光的发明为光纤通信奠定了 基础。
1970年代
低损耗石英光纤的研制成功， 为光纤通信的实用化创造了条 件。
1980年代
光纤通信进入实用化阶段，广 泛应用于电话、有线电视等领 域。
1990年代至今
光纤通信技术不断发展，传输 速率和传输距离不断提高，成 为现代通信网络的主流技术。
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微波
可见 红外 光
传
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
光纤
输
同轴电缆
介
质
双铰线
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
自由空间波长（m）
2021/1/19
光纤通信系统
7
的变化
2021/1/19
光纤通信系统
8
理论上光纤通信可容纳：
电话：7.5亿路
电视：30万路
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光纤通信系统
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光纤通信的发展历程
• 原始光通信阶段； • 近代实验探索阶段； • 系统实验及实用化阶段。
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光纤通信系统
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பைடு நூலகம்
原始光通信
光通信是一种古老的信息传递方式，
也是一种被普遍使用的信息交流方法。 中国古代边防报警的烽火台的烟火、 古埃及的烽烟塔、美洲印第安人利用 烟火传递信息等都是原始性的一种光 通信。这些都是用可见光进行的视觉 通信，传输效率非常低，不能称得上 是完全意义上的光通信。
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两个关键技术的提出
• 合适的光源； • 传输介质：
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光纤通信系统
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光源
• 1960年7月8日，美国科学家梅曼 (T.H.Maiman)发明了世界上第一台红宝石 激光器；
• 1970年，贝尔实验室的林彦雄成功研制 了在室温下连续工作的半导体激光器， 体积较小，耗电少，能直接用于电流调 制，使用方便。
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光纤通信系统
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光纤
• 1854年，就认识到光纤导光传播 的基本原理—全内反射;
• 十九世纪二十年代，制成了无包 层的玻璃光纤；
• 二十世纪五十年代，用包层可以 改善光纤特性，当时的主要目的 是传输图像;
• 20世纪60年代中期，所研制的最 好的光纤损耗在400dB以上。
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版社。
2021/1/19
3
考核安排
• 课终闭卷考试，60%； • 实践考核，20%； • 平时作业，10%； • 出勤与提问，10%。
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光纤通信系统
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本节内容
光纤通信的定义 光纤通信的发展历程 光纤通信系统的组成
光纤通信的特点与应用
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光纤通信系统
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光纤通信的定义
光纤通信系统
19
光纤理论突破
• 1966年7月，英国标准电信研究所的英籍华 人高锟（C.K.Kao）博士及Hockman首次从理 论上预言光纤损耗可降至20dB/km以下，并 指出了进行信息传输的可能性和技术途径， 从而奠定了光纤通信的基础。(著名论文 “Dielectic-fiber Surface Waveguide for Optical
• 1974年，贝尔实验室（Bell）发明了制造低 损耗光纤的方法，称作改进的化学汽相沉积 法（MCVD）.光纤损耗下降到1dB/km。
• 1976年，日本电话电报公司研制出更低损耗 光纤，损耗下降到0.5dB/km。
• 1979年，日本电报电话公司研制出0.2dB/km 的光纤(1.55m)，这一数值已经十分接近由 Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极 限.
• 1970 年 ， 美 国 康 宁 玻 璃 公 司 （Corning Glass Works）马勒博士 等三人的研究小组首次研制成功 损耗为20 dB/km光纤 里程碑（2） 低损耗光纤的研制成功以及半导 体激光器的实用化标志着近代光 纤通信技术的开端。
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光纤通信系统
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低损耗光纤的迅速发展
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光纤通信系统
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(first) Ruby laser, T.H.Maiman, July, 1960, at the Hughes Research Laboratories
The word ‘laser’ has been generally accepted since about 1965
Frequencies”)
• 光纤的损耗不是石英纤维本身的固有特性， 而是由于材料中的杂质离子吸收产生的。— —提纯。 里程碑（1）
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光纤通信系统
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光纤之父——高 锟
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光纤通信系统
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国外光纤技术发展情况
• 日本于1969年研制出第一根通信 用光纤损耗为100 dB/km
• 目前，光纤最低损耗为0.17dB/km 。
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光纤通信系统
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国内光纤技术发展情况
在70年代国外的低损耗光纤获得突破后，
我国从1974年开始了低损耗光纤和光通信的 研究工作，并于70年代中期研制出低损耗光 纤和室温下可连续发光的半导体激光器。 1979年分别在北京和上海建成了市话光缆通 信实验系统。这些成果成为我国光通信研究 的良好开端，并使我国成为当时少数几个拥 有光缆通信系统试验段的几个国家之一。到 80年代末，我国的光纤通信的关键技术已达 到国际先进水平。
为使光波不受大气层中各种因素的干 扰，人们将光波的传输转入了地下，即透 镜波导和反射镜波导的光波传输系统。
系统造价昂贵，并且调整、测试、维 修都很困难，因此光波地下通信无实用意 义。
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光纤通信系统
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透镜波导
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光纤通信系统
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反射波导型
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光纤通信系统
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光纤通信系统
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近代实验探索
• 大气光通信
1880年，A.G.贝尔用可见光进行光电话实 验，证实光波可以携带信息，但这种形式的 光通信并未得到发展，其主要原因有二：
光源：光谱频带太宽，无合适的光源； 传输媒质：光波在大气中的传输极不稳定。
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光纤通信系统
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• 地下光通信
光纤通信系统 导 论
学习内容
• 光纤的基本理论 • 光源与光发送机（英文） • 光检测器与光接收机 • 无源光器件 • 光纤通信新技术 • 光网络
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2
参考教材
• 《光纤通信》，原荣，电子工业出版社； • 《光纤通信》，顾畹仪，人民邮电出版社； • 《光纤通信与网络》，胡庆，电子工业出
光纤通信是采用光波作为信 息载体，并采用光导纤维作为 传输介质的一种通信方式。
2021/1/19
光纤通信系统
6
通信波段划分及相应传输媒介
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分
电力、电话
无线电、电视